[發明專利]單晶4H?SiC襯底及其制造方法

有效

• 申請號: 201410112911.3
• 申請日: 2014-03-25
• 公開（公告）號: CN104078331B
• 公開（公告）日: 2017-03-01
• 發明（設計）人: 大野彰仁;川津善平;富田信之;田中貴規;三谷陽一郎;浜野健一
• 申請（專利權）人: 三菱電機株式會社
• 主分類號: H01L21/04
• 分類號: H01L21/04;H01L29/16
• 代理公司: 北京天昊聯合知識產權代理有限公司11112
• 代理人: 何立波,張天舒

技術領域

本發明涉及能夠減少晶體缺陷的單晶4H-SiC襯底及其制造方法。

背景技術

近年，帶隙、擊穿電場強度、飽和漂移速度、熱傳導系數比硅相對更大的碳化硅（以下記為SiC）主要作為電力控制用的功率器件材料被注目。使用該SiC的功率器件能大幅降低電力損失并進行小型化等，能夠實現電源電力變換時的節能化，因此成為電動車的高性能化、太陽能電池系統等的高功能性化等實現低碳社會的關鍵器件。

根據SiC功率器件的規格摻雜濃度以及膜厚大致可既定，通常比體材料（bulk）單晶襯底要求更高的精度。因此，在4H-SiC體材料單晶襯底上預先通過熱CVD法（熱化學氣相沉積法）等來外延生長半導體器件的有源區。這里所謂有源區是晶體中摻雜濃度以及膜厚被精密控制的區域。

4H-SiC體材料單晶襯底中內含在c軸方向傳播的螺旋位錯、邊緣位錯以及在垂直于c軸方向傳播的位錯（基面位錯）。這些位錯傳播入在襯底上生長的外延膜。還在外延生長時導入新的位錯環、層疊缺陷。這些晶體缺陷有時使使用該SiC襯底的器件的耐電壓特性、可靠性、產率下降，危害其實用化。

另外，作為單晶3C-SiC襯底的制造方法，提出了通過形成成為在平坦面散布表面坑的表面狀態的單晶3C-SiC層，來減少晶體缺陷的方法（例如，參照專利文獻1）。

現有技術文獻

專利文獻

專利文獻1：?日本特開2011-225421號公報。

發明內容

發明要解決的問題

因為是立方晶系的3C-SiC與是六方晶系的4H-SiC的晶體結構即原子排列不同，所以生長條件差異很大。例如，與3C-SiC的生長溫度是1000~1100℃相對地，4H-SiC的生長溫度是1600~1800℃的非常高的溫度。因此，降低單晶3C-SiC襯底的晶體缺陷的方法不能適用于單晶4H-SiC襯底，在單晶4H-SiC襯底中減少晶體缺陷的方法并未已知。

本發明為了解決上述問題而成，目的是得到能夠減少晶體缺陷的單晶4H-SiC襯底及其制造方法。

解決問題的方案

本發明涉及的單晶4H-SiC襯底的制造方法包括：準備具有平坦性的4H-SiC體材料單晶襯底的工序；以及在所述4H-SiC體材料單晶襯底上外延生長具有凹部的第一單晶4H-SiC層的工序，所述第一單晶4H-SiC層的膜厚為X[μm]時，所述凹部的直徑Y[μm]是0.2×X[μm]以上、2×X[μm]以下，且所述凹部的深度Z[nm]是0.95×X[μm]+0.5[nm]以上、10×X[μm]以下。

發明的效果

通過本發明能夠減少晶體缺陷。

附圖說明

圖1是示出涉及本發明實施方式1的單晶4H-SiC襯底的制造方法的截面圖；

圖2是示出涉及本發明實施方式1的單晶4H-SiC襯底的制造方法的截面圖；

圖3是用光學顯微鏡觀察在單晶4H-SiC層的生長表面形成的凹部的顯微鏡攝像；

圖4是示出凹部的直徑和外延膜的膜厚的關系的圖；

圖5是示出凹部的深度和外延膜的膜厚的關系的圖；

圖6是示出單晶4H-SiC層的表面凹部的密度與缺陷密度的關系的圖；

圖7是示出涉及本發明實施方式2的單晶4H-SiC襯底的制造方法的截面圖。

具體實施方式

參照附圖，對涉及本發明的實施方式的單晶4H-SiC襯底及其制造方法進行說明。有時對相同或者相對應的構成要素附上相同的符號，省略反復說明。

實施方式1

以下，關于涉及本發明的實施方式1的單晶4H-SiC襯底的制造方法進行說明。圖1以及圖2是示出涉及本發明實施方式1的單晶4H-SiC襯底的制造方法的截面圖。

首先，如圖1所示，準備對于成為主面的（0001）面（C面）具有向著<11-20>方向的4度的取向差角的4H-SiC體材料單晶襯底1。這里，取向差角不限于4度，在2度~10度的范圍內即可。